JPS6184347A - 内燃機関用中空弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａｌ発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は、排気弁および吸気弁として用いられる内燃機
関用中空弁、特に弁本体を傘部と該全部に連設される軸
部とより構成し、前記弁本体に前記傘部の端面より前記
軸部まで延びる盲孔を設け、該盲孔の開Ｌ１部を前記傘
部に溶接される栓体により閉鎖したものの改良に関する
。

前記中空弁は軽量であるから動弁系の慣性質量を減少す
ることができ、これにより内燃機関の回転数を上昇させ
てその出力を向上させることが可能となる。前記中空弁
を熱負荷の高い排気弁として用いる場合、その弁の熱伝
導性を向−卜させる必要があるときは盲孔内にＮａ等の
熱伝導性の良好な熱媒体が封入される。

（２）従来の技術 前記中空弁において、その弁本体と栓体との熱膨張率の
差が大きいと、溶接作業における加熱冷却により発生し
た内部応力および機関の連転、停止における加熱冷却の
繰り返しにより発生した熱歪によって弁本体と栓体との
溶接部に割れを発生する。

そこで、従来は弁本体と栓体との熱膨張率を同一にする
ため弁本体を構成する耐熱材料、例えば、Ｎｉ合金を用
いて栓体を構成している。

（３）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記のように弁本体と栓体とを同一材料
により構成するようにしても、弁本体の高温強度等を考
慮してその弁本体の構成材料として時効析出型のものを
用いると、弁本体と栓体との溶接部に析出物が生成され
ることがあり、この析出物の生成により溶接部の靭性が
低下してそこに割れを発生するという問題がある。

本発明は上記に鑑み、栓体の構成材料として弁本体と近
似した熱膨張率を有し、また時効析出型でない耐熱材料
を用いて前記溶接部に割れが発生しないようにした前記
中空弁を提供することを目的とする。

Ｂ９発明の構成 （１１問題点を解決するための手段 本発明は、前記弁本体を、前記弁本体を、Ｃ０３Ｏ１〜
０．１５重量％、Ｓｉ２．０重量％以下、Ｍｎ２．５重
量％以下、Ｃｒ　１４〜２５重■％、Ｔｉ　　１．５〜
３．０重量％、Ａｌ０．４〜２．０重量％、Ｆｅ’ＩＯ
重四％以下および不可避不純物を含有するＮｉ合金より
構成し、前記栓体を、Ｃｒ１４〜２５重量％、Ａｌ２．
０重量％以下、Ｆｅ５．０〜１６．０重量％および不可
避不純物を含有するＮｉ合金より構成したことを特徴と
する。

また第２発明は、前記弁本体を、Ｃ０，０１〜０．１５
重量％、Ｓｉ２．０重量％以下、Ｍｎ２゜５重量％以下
、Ｃｒ　１４〜２５重量％、Ｔｉ１．５〜３．０重量％
、Ａｌ０．４〜２．０重量％、Ｆｅ　　１０重量％以下
、００１５〜２１重量％および不可避不純物を含有する
Ｎｉ合金より構成し、前記栓体を、Ｃｒ１４〜２５重量
％、Ａｌ２．０重量％以下、Ｆｅ　　５．Ｏ〜１６．０
重量％および不可避不純物を含有するＮｉ合金より構成
したことを特徴とする特 さらに第３発明は、前記弁本体を、Ｃ０，０１〜０．１
５重量％、Ｓｉ２．０重置％以下、Ｍｎ２．５重量％以
下、Ｃｒ　　１．４〜２５重量％、Ｔｉ１．５〜３．０
重量％、Ａ＃０．４〜２．０重量％、Ｆｅ　　１０重量
％以下、Ｎｂ十Ｔａ　　０．５〜１．５重量％および不
可避不純物を含有するＮｉ合金より構成し、前記栓体を
、Ｃｒ　　１４〜２５重量％、Ａｆｆ２．０重量％以下
、Ｆｅ　　５．０〜１６．０重量％および不可避不純物
を含有するＮｉ合金より構成したことを特徴とする。

（２）作　用 弁本体を構成する前記Ｎｉ合金は、高温強度等に優れた
時効析出型の耐熱材料であり、その各添加元素の果たす
役割およびその添加量の限定理由は以下の通りである。

＋ａｌ　　Ｃについて Ｃは、Ｃｒ、ＮｂおよびＴｉと結合して炭化物を形成し
、これにより高温強度を高める効果を有する。ただし、
０．０１重量％を下回ると前記効果が得られず、また０
、１５重量％を上回ると高温強度、高温下におりる靭性
および延性が劣化する。

（ｂ）　Ｓｉについて Ｓｉは脱酸元素として必要であるが、２．０重量％を上
回ると高温強度、高温下における靭性および延性が劣化
する。

（ＣＩＭｎについて ＭｎはＳｉ同様脱酸元素として必要であるが、２．５重
量％を−に１回ると耐酸化性および高温強度が低下する
。

ｔｄ＋ｃｒについて Ｃｒは高温下における耐酸化性および耐食性を維持する
効果を有する。ただし、１４重量％を下回ると前記効果
が得られず、また２５重量％を上回るとオーステナイト
相が不安定となりη相等の析出りこより高温強度および
高）島下における靭性が低下する。

ｔｅ）ＴｉはＴ′相（Ｎｉ３　（ＡＩＴｉ））の主形成
元素であり、このγ′相の形成により高温強度を維持す
る効果を有する。ただし、１．５重量％を下回るとＴ′
相の析出が少ないので前記強度を得ることかできず、ま
た３、０重量％を上回るとη相（Ｎｉ、Ｔｉ）が析出し
て前記強度が低下する。

（ｆｌＡＡについて ＡＡはＴｉ同様Ｔ′相の主形成元素である。ただし、０
．４重量％を下回るとＴ′相が不安定となり、η相が析
出して高温強度および高温下における靭性の低下を招来
し、また２、０重量％を上回るとγ′相とマトリックス
との整合性が高まって整合歪が減少し十分な高温強度が
得られず、その上熱間鍛造性および熱間圧延性も低下す
る。

（ｇｌＦｅについて ＦｅはＮｉの一部を置換して経済性を高め、また添加元
素をフェロアロイとして添加するために必要である。た
だし、１０重量％を上回ると高温強度および靭性が低下
し、またＴ相が不安定となり、η相等が析出するので好
ましくない。

（ｈｌＣｏについて Ｃｏは耐ＰｂＯ性を劣化させることなく高温強度を高め
ると共に時効硬化を促進する効果を有する。ただし、１
５重量％を下回ると前記効果が得られす、また２１重量
％を上回っても前記効果の向上が少なく、その上Ｃｏは
比重が８．９と大きいため弁本体が重くなり、また経済
性の面からも不利である。

ｆｉｌ　　Ｎ　ｂ　＋　Ｔ　ａについてＮｂは炭化物や
Ｔ′相を形成して高温強度を高める効果を有する。ただ
し、０．５重置％を下回ると前記効果が得られず、また
１、５重量％を上回るとδ相（Ｎｉ３Ｎｂ）やラヘス相
（ＮｂＦｅｚ）が析出して高温に時間における耐久性（
相の安定性）、高温強度および高温下における靭性がそ
れぞれ低下し、その上耐食耐酸化性が劣化すると共に不
経済でもある。

栓体は弁本体に比べて強度的にはそれ程問題とならない
部分に配設されるので、その栓体を構成する前記Ｎｉ合
金は時効析出をしないタイプのものであり、前記弁本体
を構成するＮｉ合金に対して熱膨張係数が近似すると共
に優れた溶接性を有し、そのト耐酸化性および耐食性に
おいても優れている。

栓体を構成する再添加元素の果たす役割およびその含有
量の限定理由は以下の通りであるｆａｌｃｒについて Ｃｒは、前記同様高温下における耐酸化性および耐食性
を維持する効果を有する。ただし、１４重量％を下回る
と前記効果が得られず、また２５重量％を上回るとオー
ステナイト相が不安定となりσ相等の析出により高温強
度および高温下における靭性が低下する。

ｆｂｌＡ！！について ＡＮは表面にＡｌ２０］の不動態被膜を形成して耐酸化
性を向上する効果を有するが、２．０重量％を上回ると
熱間鍛造性および熱間圧延性が低下する。

ｆｃｌＦｅについて ＦｅはＮｉの一部を置換して経済性を高め、また添加元
素をフェロアロイとして添加するために必要である。た
だし、５．０重量％を下回ると経済性を高めるための効
果が少なく、また１６．０重量％を上回るとＴ相が不安
定となりσ相等の析出により靭性が低下し易く、その上
耐酸化性が劣化する。

（３）実施例 第１図において、中空弁としての排気弁１の弁本体２は
、傘部３と、その傘部３に連設される軸部４とより構成
される。弁本体２には傘部３の端面より軸部４、図示例
は軸端近傍まで延びる盲孔５が形成され、その盲孔５の
開口部５ａは傘部３に溶接した栓体６により閉鎖される
。盲孔５内には、必要に応してＮａ等の熱媒体が封入さ
れる。

第２図に（Ｊ、排気弁１を内燃機関Ｅに組込んだ状態を
示し、７は弁座部材、８はカム軸、９は排気ポートであ
る。

表１は弁本体２を構成するＮｉ合金１〜■の組成を示す
。なお残部はＮｉおよび不可避不純物であり、また各数
値のｍ位は重量％である。

表　　　　Ｉ 栓体６を構成するＮｉ合金は、Ｃｒ２３．０重量％、Ａ
ｎ　　１．３５重量％、Ｆｅ　　１４．０重量％および
残部がＮｉおよび不可避不純物よりなる組成を有する。

次に排気弁１の製造方法について説明する。

前記表■のＮｉ合金１より中実棒状をなす弁本体素材を
形成する。

弁本体素材の傘部３を成形する部位にアプセソト加工を
施した後、熱間鍛造により弁本体２を成形する。

弁本体２に、それを１０５０℃にて２０分間加熱した後
空冷する溶体化処理を施す。

弁本体２に、それを７８０℃にて４時間加熱した後空冷
する時効処理を施す。これにより弁本体２の硬度はＨＲ
Ｃ≧２５となる。

弁本体２に、傘部３端面より軸部４の軸端近傍に至る盲
孔５を形成する。

必要に応じて盲孔５に熱媒体を封入した後、前記Ｎｉ合
金よりなる栓体６を傘部３に電子ビーム溶接、摩擦溶接
等の溶接手段により溶接して盲孔５を閉鎖する。

必要に応じて軸部４の軸端部分４ａに５００〜５８０℃
、２０分〜３時間のタフトライド処理、メッキ処理、高
周波焼入処理等の表面硬化処理を施して軸端部分の耐摩
耗性を向上させる。

Ｎｉ合金■、■を用いて前記同様の工程を経て排気弁を
製造する。

このようにして得られた排気弁ｌは、その弁本体２と栓
体６との溶接部に析出物の生成が認められず、したがっ
て割れの発生はない。

また内燃機関運転中における排気弁１の加熱温度である
６００〜７６０℃において、弁本体２の熱膨張率（ｘ　
ｌ　Ｏ−６／”ｃ）は１５．０〜ｌ　６．　ｌ　、また
栓体６のそれは１５．３〜１６．３であり、両者の熱膨
張率は近伯しているので、弁本体２と栓体６との溶接部
に割れが発生することはない。

比較のため、前記弁本体を構成するＮｉ合金を用いて栓
体を形成し、この栓体を弁本体に溶接してその溶接部を
顕微鏡を用いて検査したところ、排気弁２本に１本の割
合で溶接部に析出部の生成が認められ、それに起因して
割れが発生していることが確認された。

なお、弁本体における軸部の軸端部分を硬化可能な鉄系
材料より形成し、これを傘部と一体の軸部分に摩擦溶接
するようにしてもよい。また必要に応じて軸部端面およ
び傘部のフェース部分に耐摩耗性向上のためステライト
盛金を行うようにしてもよい。

Ｃ１発明の効果 本発明によれば、弁本体および栓体を特定のＮｉ合金よ
り構成することによ−、て両者の溶接部における割れの
発生を防止することができる。

また第２発明によれば、前記効果に加えて特定量のＣＯ
の添加により弁本体の耐ｐｂｏ性を劣化させることなく
高温強度を高めると共に時効効果を促進させることがで
きる。

さらに第３発明によれば、第１の発明の効果に加えて特
定量のＮｂ＋Ｔａの添加により弁本体の高温強度を一層
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は要部を
縦断した排気弁の正面図、第２図は排気弁を組込んだ内
燃機関の縦断正面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）弁本体を傘部と該傘部に連設される軸部とより構
   成し、前記弁本体に前記傘部の端面より前記軸部まで延
   びる盲孔を設け、該盲孔の開口部を前記傘部に溶接され
   る栓体により閉鎖した内燃機関用中空弁において、前記
   弁本体を、Ｃ０．０１〜０．１５重量％、Ｓｉ２．０重
   量％以下、Ｍｎ２．５重量％以下、Ｃｒ１４〜２５重量
   ％、Ｔｉ１．５〜３．０重量％、Ａｌ０．４〜２．０重
   量％、Ｆｅ１０重量％以下および不可避不純物を含有す
   るＮｉ合金より構成し、前記栓体を、Ｃｒ１４〜２５重
   量％、Ａｌ２．０重量％以下、Ｆｅ５．０〜１６．０重
   量％および不可避不純物を含有するＮｉ合金より構成し
   たことを特徴とする内燃機関用中空弁。
2. （２）弁本体を傘部と該傘部に連設される軸部とより構
   成し、前記弁本体に前記傘部の端面より前記軸部まで延
   びる盲孔を設け、該盲孔の開口部を前記傘部に溶接され
   る栓体により閉鎖した内燃機関用中空弁において、前記
   弁本体を、Ｃ０．０１〜０．１５重量％、Ｓｉ２．０重
   量％以下、Ｍｎ２．５重量％以下、Ｃｒ１４〜２５重量
   ％、Ｔｉ１．５〜３．０重量％、Ａｌ０．４〜２．０重
   量％、Ｆｅ１０重量％以下、Ｃｏ１５〜２１重量％およ
   び不可避不純物を含有するＮｉ合金より構成し、前記栓
   体を、Ｃｒ１４〜２５重量％、Ａｌ２．０重量％以下、
   Ｆｅ５．０〜１６．０重量％および不可避不純物を含有
   するＮｉ合金より構成したことを特徴とする内燃機関用
   中空弁。
3. （３）弁本体を傘部と該傘部に連設される軸部とより構
   成し、前記弁本体に前記傘部の端面より前記軸部まで延
   びる盲孔を設け、該盲孔の開口部を前記傘部に溶接され
   る栓体により閉鎖した内燃機関用中空弁において、前記
   弁本体を、Ｃ０．０１〜０．１５重量％、Ｓｉ２．０重
   量％以下、Ｍｎ２．５重量％以下、Ｃｒ１４〜２５重量
   ％、Ｔｉ１．５〜３．０重量％、Ａｌ０．４〜２．０重
   量％、Ｆｅ１０重量％以下、Ｎｂ＋Ｔａ０．５〜１．５
   重量％および不可避不純物を含有するＮｉ合金より構成
   し、前記栓体を、Ｃｒ１４〜２５重量％、Ａｌ２．０重
   量％以下、Ｆｅ５．０〜１６．０重量％および不可避不
   純物を含有するＮｉ合金より構成したことを特徴とする
   内燃機関用中空弁。